Розробка гнучкого розкладу роботи обладнання, де використовуються система управління виробничою дільницею (ГАД). (курсова робота)

Зміст

Список скорочень

Вступ

Опис ГВД як об’єкта управління та постановка задач проектування

Методика рішення поставлених задач

Аналіз і вибір методів рішення задачі оперативного планування

роботи ГВД

Створення інформаційної бази нормативно-технологічних

показників представлення матеріальних, інформаційних процесів

і об’єктів ГВД

Методи вирішення задачі складання розкладу роботи обладнання. Розробка
сіткової моделі за допомогою апарату сіток Петрі

Рішення контрольної задачі

Складання розкладу роботи основного технологічного

обладнання ГВД

Складання алгоритму транспортного обслуговування ГВД

Побудова і аналіз сіткової моделі функціонування ГВД

Висновок

Список використаної літератури

Додаток

1. Мережева модель

Список скорочень

АСТПВ – автоматизована система технологічної підготовки виробництва

АС – автоматизований склад

АТМ – автономний транспортний модуль

АТСС – автоматизована транспортно-складська система

ГАВ – гнучке автоматизоване виробництво

ГВМ – гнучкий виробничий модуль

ГВС – гнучка виробнича система

Д/У – деталеустановка

ТО – технологічне обладнання

ТС – транспортна система

ЧПК – числове програмне керування

СУ – система управління

ТНП – транспортно-накопичувальний пристрій

ГРВ – гнучке роботизоване виробництво

МІЗ – модуль інструментального забезпечення

ММТ – модуль між операційного транспортування

Вступ

Інтегрована виробнича система реалізує комплексно-автоматизоване
(автоматичне) групове багато номенклатурне виробництво, що оперативно
переналагоджується в певному параметричному діапазоні продукції. При
цьому робота всіх функціональних елементів (автоматизованих систем)
синхронізується багаторівневою САК. Таким чином, інтегрована виробнича
система реалізує функції ГАВ.

Під ГВС розуміють сукупність у різних поєднаннях обладнання з ЧПК, РТК,
ГВМ, окремих одиниць технологічного обладнання та систем забезпечення їх
функціонування в автоматичному режимі протягом заданого інтервалу часу,
що мають властивість автоматизованого переналагодження при виробництві
виробів довільної номенклатури в установлених межах значень їхніх
характеристик. Інакше кажучи, ГВС – це виробнича система, яка працює за
безлюдною (автоматичною) безвідходною технологією й дає змогу
відмовитись від технічної та супровідної документації заміною останньої
інформацією, що передається локальною мережею зв’язку чи зосереджується
на машинних носіях.

У ГВС здійснюється безпосереднє перетворення початкового матеріалу у
кінцевий продукт або напівфабрикат.

Для керування такою системою існує автоматизована система управління
ГВС, завданням якої є слідкувати за рухом всіх матеріальних потоків,
коректувати дії окремих виробничих модулів та одиниць обладнання.
Установка послідовності обробки об’єкта виробництва, вибір маршруту
його проходження по технологічним одиницям, синхронізація множини
матеріальних потоків, управління накопичуванням та складуванням,
вирішення проблеми відходів і браку і т.д. – це задачі АСУ ГВС.

Для реалізації такої системи на практиці потрібно попередньо змоделювати
її, дослідити її можливості і визначити недоліки, провести аналіз
поведінки АСУ ГВС на всіх етапах виробничого процесу. Дана робота є
прикладом моделювання однієї підсистеми АСУ – системи управління
гнучкою виробничою ділянкою.

1. Опис ГВД як об’єкта управління

та постановка задач проектування СОУ ГВД

Для того, щоб ефективно настроїти систему керування гнучкою виробничою
ділянкою і звичайно ж саму ГВД, необхідно визначити яку номенклатуру
деталей, буде обробляти дана ділянка, у якій послідовності і на якому
устаткуванні, скільки транспортних модулів потрібно і як вони будуть
здійснювати транспортування об’єктів виробництва. Дана інформація є
вихідною для вирішення задачі оперативного планування, результатом якої
є розклад роботи устаткування ділянки на протязі виробничого циклу, а
також графік роботи транспортних модулів. Ця інформація включає дані про
початок і закінчення операцій обробки на окремих верстатах, моменти
завантаження і розвантаження виробничих модулів, напрямок і ціль
переміщення транспортних пристроїв. У ході складання розкладу на
практиці вказується вибір того чи іншого числа виробничих модулів і
транспортних пристроїв (АТМ).

Для аналізу вже складеного розкладу роботи виробничої ділянки
використовується його сіткове моделювання (побудова відповідної мережі
Петрі) з наступним аналізом властивостей сіткової моделі, пошуком
вузьких місць і конфліктів при роботі устаткування. Аналіз завершується
рекомендаціями з налагодження реальної системи керування ГВД, або
усуненню помилок і неточностей, допущених при його проектуванні.

Ці задачі в цілому вирішуються в рамках даного проекту на прикладі
деякого типової виробничої ділянки.

Вихідні дані для проектування:

На ГВД обробляється номенклатура із семи найменувань деталей Д1, Д2, Д3,
Д4, Д5, Д6, Д7 . Номенклатура технологічних операцій для кожної деталі
зведена в табл. 1

Таблиця 1

Деталі Послідовність операцій

Т2 С2 Т3 Ф1 Ф2 Д1

Т3 Ф1 Ф2 Т4 Ф3 Р2 Д2

Т1 Т2 Т3 Ф1 Ф2 Т4 Т5 Д3

Т1 С1 Т2 Т3 Ф1 Ф2 Т5 Д4

Т1 С1 С2 Т3 Ф1 Ф2 Т4 Д5

Т1 С1 Т3 Ф1 Ф2 Ф3 Р2 Д6

Т2 Т3 Ф1 Ф2 Д7

До складу гнучкої виробничої ділянки входять:

п’ять гнучких виробничих модулів (ГВМ);

один автоматизований склад, що виступає в ролі центрального
нагромаджувача для проміжного збереження об’єктів виробництва;

три транспортних модулів, задачею яких є переміщення об’єктів
виробництва між складом і виробничими модулями.

Граф розбивки ГВД на ГВМ представлений на рис. 1., де кожна вершина –
окремий ГВМ, а ребра – переміщення деталей між ними.

Т1 С1 Т2 С2 Т3 Ф1 Ф2
Т4 Т5 Ф3 Р2

3 3,4,5,6 1,2,3,
2,3,4,5 2 2

4 1 4,5,6,7
1 4 6

5 2
7 5

6 7
6 6

Рис.1 Граф розбивки ГВД на ГВМ

Схема виробничої ділянки є складовою частиною структурно-компоновочної
схеми гнучкої виробничої системи, розробленої на попередніх етапах
проектування ГВС. Схема виробничої ділянки представлена на рис.2

Рис.2. Схема виробничої ділянки

Основні параметри ГВД представлені в таблиці 2.

Таблиця 2

Назва параметра

Позначення

Одиниці вимірювання

Значення

Середня трудоємність обробки однієї деталеустановки tоб

год

0,5

Час завантаження ГВМ tз

хв

Час розвантаження ГВМ tр

хв

Середня довжина переміщення

lcp

Середня швидкість переміщення

vcp

м/хв

Середній час, який витрачається на переміщення між стелажом і ГВМ або
ГВМ і стелажом

хв

1,06

Середній час переміщення між ГВМ

хв

1,06

Виходячи з параметрів руху транспортних модулів і розміщення модулів
ділянки, можна визначити час транспортування деталей (таблиця 3);

Таблиця
3

Переміщення

Тривалість(хв.)

АС?ГВМ1 1,06

АС?ГВМ2 2,12

ГВМ1?ГВМ2 1,06

ГВМ2?ГВМ3 1,06

ГВМ3?ГВМ4 1,06

ГВМ3?ГВМ5 2,12

ГВМ4?ГВМ5 1,06

ГВМ5?АС 1,06

ГВМ3?АС 3,18

ГВМ4?АС 2,12

ГВМ5?АС 1,06

Ґрунтуючись на вхідних даних, у даному проекті потрібно вирішити задачу
оперативного планування, виконати якісний аналіз коректності
розробленого плану, спроектувавши сіткову модель транспортного
обслуговування.

При вирішенні задачі оперативного планування необхідно, насамперед,
скласти розклад роботи технологічного устаткування, побудувати алгоритм
його організації (розклад транспортування деталей між АС і ГВМ і між ГВМ
і ГВМ, що забезпечує мінімальне відхилення часу закінчення виконання
технологічних операцій).

Результатом вирішення даної задачі з обліком структурно-компоновочної
схеми гнучкої виробничої системи буде цілком описана дискретна система
(склад і розклад роботи компонентів ). У результаті буде досліджена
необхідність розрахованої кількості АТМ, що обслуговуються ГВМ.

Аналіз коректності розробленого плану припускає складання сіткової
моделі за допомогою апарату сіток Петрі, для проектованої ГВД (з обліком
розробленого алгоритму організації транспортного обслуговування і
розкладу роботи технологічного устаткування), з метою моделювання роботи
дискретної системи, якою є виробнича ділянка, і дослідження її
властивостей для визначення правильності розробленого розкладу.

2. Методика вирішення поставлених задач

Аналіз і вибір методів рішення задачі

оперативного планування роботи ГВД

Організація оперативно-диспетчерського керування виробництвом базується
на деталізації для виконавців раніше розрахованого календарного плану
випуску продукції в межах заданого планового періоду. Дана функція
реалізується шляхом вирішення задачі оперативного планування,
результатом якої є просторове упорядкування комплексу запланованих
робіт, що виражається в визначенні кожному виконавцю (одиниці
технологічного устаткування) плану робіт з окремих операцій.

Математичною формою представлення задач даного класу є дискретна
оптимізаційна модель, а методологією вирішення – дискретне лінійне
програмування (ДЛП) або імітаційні методи дослідження.

Об’єктами процесу планування є роботи – технологічні операції і партії
деталей, для яких необхідно установити порядок проходження через
устаткування при фіксованих технологічних маршрутах обробки.

Виготовлення партії деталей кожного найменування заздалегідь визначений

j ),де Lij- і-та по порядку технологічна операція, що виконується над
j-ою деталлю; Mj-сумарна кількість операцій виконуються над j-ою
деталлю. У маршруті технологічні операції Lij=(Qij, T ij) мають такі
характеристики :

Qij=k – номер групи устаткування, налаштованого на виконання операції
Lij,

Tij – нормативна тривалість виконання операції Li.

), що визначає моменти початку виконання операцій Lij (моменти запуску
партії деталей на одиницях устаткування ) і задовольняє систему
обмежень:

умова виконання технологічної послідовності

(I-l) j

яка говорить про те, що над однією деталлю не може здійснюватися
одночасно кілька операцій;

2) умова виконання технологічних маршрутів, тобто послідовність обробки
кожної деталі строго фіксована;

3) умова виконання операцій без перерв

Ткij = Tнij + Tij ;

яка говорить про те, що обробка деталі на одиниці устаткування не може
бути перервана до її закінчення;

4) умова виконання в кожен момент часу тільки однієї операції на одиниці
устаткування

Tк I 2 j 2)

де Тк ij – момент закінчення виконання операції Li j.

Вибір найкращого розкладу виконується відповідно до критеріїв
ефективності, серед яких найбільш розповсюджені наступні:

мінімізація часу випуску заданого обсягу продукції (загальної тривалості
виробничого циклу)

min (мах {Tkij })

максимізація завантаження устаткування

де Tk – сумарний час простоїв k-ої одиниці устаткування.

У кожному конкретному випадку планування критерієм може бути вибрано
інше вираження цільової функції задачі в залежності від економічних,
технічних особливостей організації виробництва.

Створення інформаційної бази даних з

нормативно-технологічних показників представлення

матеріальних, інформаційних процесів і об’єктів ГВД.

Вся теорія реляційної моделі даних базується на основі реляційної
алгебри. В базі даних на основі реляційної моделі споріднена інформація
розміщується в таблицях, які складаються із записів. В цій моделі базові
елементи даних мають назву атрибутів записів. Реляційна модель
передбачає зв’язок таблиць з допомогою зіставлення значень в стовпцях,
які містять дані одного типу і називаються ключами.

При проектуванні реляційної бази даних необхідно вияснити питання про
найбільш ефективну структуру бази даних. При цьому повинні досягатись
такі цілі як: забезпечення швидкого доступу до даних в таблицях,
виключення дублювання даних, забезпечення цілісності даних.

Спроектуємо структуру таблиць бази даних “Розробка ГВС”, яка призначена
для створення сіткової моделі, побудови і аналізу дерева доступності
заданої мережі Петрі, а також моделювання її роботи в реальному часі. .
Для цього визначимо назви і типи полів в таблицях:

№ Назва Тип Опис

1 КодДет Цілий Код деталі

2 КодЕтап Цілий Код етапу

3 КодСтанк Цілий Код станка

4 ЧасОпер Дійсний Час виконання операцій

5 ДовжПерем Дійсний Відстань між станком і АС

6 КодПозиц Цілий Код позиції

7 К_лМарк Цілий Кількість маркерів в позиції

8 КодПерех Цілий Код переходу

9 К_лВхДуг Цілий Кількість вхідних дуг

10 К_лВихДуг Цілий Кількість вихідних дуг

Даними для роботи програми являються:

кількість АТМ

час завантаження

час розвантаження

матриця часу маршрутів АТМ

матриця технологічних маршрутів

дані про час виконання окремих операції

операційний склад ГВМ

правила переваги для складання розкладу основного обладнання

правила переваги для складання розкладу транспортного обслуговування

При побудові розкладу використовуються наступні правила переваги:

– для розкладу роботи основного обладнання

FIFO

найкоротшої операції

найдовшої операції

максимальної залишкової трудоємності

мінімальної залишкової трудоємності

LIFO

– для розширеного розкладу

прив’язки АТМ до деталей

прив’язки АТМ до модулів

найближчого вільного АТМ

Методи вирішення задачі складання розкладу роботи устаткування

Усі методи вирішення задач цього типу умовно розбивають на два основних
класи:

аналітичні методи, засновані на апараті дискретної
оптимізації;

імітаційні методи, засновані на імітації роботи об’єкта планування і
використанні евристичних вирішальних правил.

Існуючі аналітичні методи звичайно прямо чи побічно зв’язані з перебором
варіантів, і їхня трудомісткість експоненціально залежить від
розмірності задачі.

Застосування відомих методів відсівання варіантів типу методу “галузей і
границь “ дозволяє зменшити (іноді істотно) коефіцієнт пропорційності в
залежності між трудомісткістю алгоритму і розмірністю задачі.
Експонентний характер цих алгоритмів залишається незмінним.

Тому для практичних цілей найчастіше використовують евристичні
алгоритми складання розкладу на базі вирішальних правил у режимі
імітації роботи виробничої системи. У цьому режимі виконується
паралельна (одночасна) побудова діаграми Ганта для всіх одиниць
технологічних операцій, що беруть участь у процесі планування.

Алгоритм побудови розкладу на основі правил переваги:

1. Нехай у деякий момент часу Т k-u верстат закінчив обробку
поточної деталі.

2. Оброблена деталь заноситься в портфель робіт наступного по
технологічному маршруту верстата. При наявності декількох варіантів
технологічного маршруту, деталь одночасно заноситься в відповідну
кількість портфелів. Якщо виконана операція була останньою по
технологічному маршруті, то деталь виключається з розгляду.

3. Якщо портфель робіт k-го верстата порожній, то він
переводиться в стан простою. У противному випадку за допомогою
вирішального правила з портфеля вибирається одна деталь і заноситься як
поточна в розклад робіт даного верстата з указівкою часу завершення
операції Т=Т+Тij. Обрана в такий спосіб деталь виключається з усіх
портфелів, у які вона була розміщена.

4. Якщо у випадку виконання п.2 з’явилася можливість
завантажити верстат, що знаходиться в стані простою, то відповідна
деталь заноситься в розклад робіт даного верстата і для нього формується
нове значення часу завершення операції.

Вибирається наступний верстат з мінімальним поточним значенням Т и
виконується перехід до п. 1.

Як вирішальні правила в алгоритмах імітаційного моделювання найбільш
часто використовуються наступні правила переваги:

правило найкоротшої операції – з поточного портфеля робіт, готових до
виконання на даному верстаті, вибирається деталь з мінімальним часом
обробки. Ціль правила – найбільш швидко завантажити роботою наступний по
технологічному маршруту верстат;

правило максимальної залишкової трудомісткості – з поточного портфеля
робіт, вибирається деталь з максимальною сумою часу обробки на всіх ще
невиконаних операціях. Ціль правила – закінчити обробку всіх деталей
приблизно одночасно;

правило вирівнювання завантаження верстатів – з портфеля робіт
вибирається деталь, що потім надійде на верстат, що має в даний час
мінімальний по трудомісткості портфель підготовлених робіт. Ціль правила
– рівномірно завантажити верстати (правило можна використовувати при
різноманітних маршрутах);

правило мінімальної залишкової трудомісткості – альтернатива

правилу 2;

правило найбільш довгої операції – альтернатива правилу 1;

правило призначення в порядку надходження (FIFO) – з поточного портфеля
робіт вибирається деталь, що надійшла в чергу на обробку до верстата
першою;

правило LIFO – альтернатива правилу 6.

З приведених правил видно, що вони мають евристичний характер, тобто з
їхньою допомогою неможливо встановити й оцінити ступінь наближення
отриманого рішення до оптимального, але можна виробити “гарне” рішення
для заданих умов роботи ГВД і відповідним чином обраного критерію
оптимізації.

Для простих задач, коли кількість верстатів чи одиниць устаткування, на
яких здійснюється обробка деталей, менше трьох і обробка кожної деталі
відбувається послідовно на кожному верстаті, можливе використання для
складання опису роботи устаткування алгоритм Джонсона. Для цього
формується матриця розмірності NxМ, де N – кількість деталей, що
підлягають обробці, М – кількість верстатів, через які проходять усі
технологічні маршрути. Як елементи матриці приймаються тривалості
обробки j–ої деталі на і-ому верстаті: tij ( і=1,M: j =l,7V). Далі всі
деталі розбиваються на дві групи:

деталі, для яких t tl {0, 1.2,…},

H: T*P=> {0, 1.2,…},

Mo: P=>{0, 1.2,…},

Де:

Р – безліч позицій, що зображують умови в системі;

Т – безліч переходів, що зображують події в системі;

F, H – функції інциденцій позицій і переходів, що
визначають передумови чи післяумови подій;

Мо – початкове маркірування мережі.

0}.Маркірування Мо (Рі) позначає кількість маркерів у позиції Рі
мережі. Потрібно відзначити, що перші чотири елементи визначають
структуру системи, а останній елемент – динаміку поводження системи, її
початкове положення. Динаміка мережі зв’язана з рухом маркерів по
позиціях у результаті спрацьовування переходів, унаслідок чого
створюються нові маркірування позицій М (Pi).

Графічно мережа Петрі – це двочастковий орієнтований мультиграф, де:

двочастковість означає існування двох типів вершин (позицій і
переходів);

орієнтованість означає, що всі дуги мають визначений напрямок;

мультиграф – дуги можуть мати кратність, що позначається значенням над
дугою чи кількістю дуг.

Графічне представлення зв’язане з теоретико-множинним визначенням:

позиції відображаються колами;

переходи відображаються лініями;

функції F і H – орієнтованими дугами, кількість чи кратність яких
визначається значеннями функцій;

маркування мережі відображається кількістю маркерів у позиціях.

Матричне представлення – це аналітичний спосіб представлення мережі
Петрі. У цьому випадку функції інциденцій і початкова маркірування
відображаються у вигляді матриць розміром [n*m]

F=[Fij|i=1,n; j=1,m]

H=[Hij|i=1,n; j=1,m] і вектором-стовпцем розміром [n*1]

M0=[M0i|i=1,n], де Fij=F(Pi, Tj), Hij=H(Tj, Pi), Moi=M0(Pi).

Робота (функціонування ) мереж Петрі визначається як послідовність
спрацювання переходів, внаслідок чого здійснюється зміна маркірувань
позицій.

Перехід може спрацьовувати, якщо він збуджений.

Tj/: М/(Pi)=М(Р)+Н(Tj,Pi)-F(Pi,Tj). Тобто при спрацюванні збудженого
переходу маркірування М замінюються маркіруваннями М/ за правилом – із
вхідних позицій переходу забирається певна кількість маркерів, яка
визначається вже функцією Н(Tj,Pi). Необхідно відмітити, що у випадку
використання матричного способу представлення сіток Петрі умова
збудження переходу Tj має вид

М?F*U,

а умова спрацювання

М/= М+(Н-F)*U,

Де U=[Uj | j=1,m] – вектор-стовпець розміром [m*1], у якому всі елементи
рівні 0, крім Uj=1.

У будь-якому стані сітки Петрі може існувати декілька одночасно
збуджених переходи. Але послідовність їх спрацювання не встановлена і
може бути якою завгодно без одночасного спрацювання переходів. Тому в
сітках Петрі визначають декілька послідовностей спрацювання переходів,
породжуючі послідовності маркерів, які з’являються. Це відображає
паралелізм і недетермінізм сіток Петрі.

Таким чином, з функціонуванням сітки Петрі пов’язують дві послідовності:

послідовність спрацьовуючих переходів;

послідовність маркірувань, які з’являються (доступних маркірувань).

Ці послідовності являються взаємопов’язаними.

Дві маркірування М і М/ рахуються безпосередньо доступними, якщо у
функціонуючій сітці існує перехід Tj, спрацювання якого приводити сітку
з М в М/:

Два маркірування М і М/ рахуються доступними, якщо у функціонуванні
сітки існує послідовність переходів G= (Tj1, Tj2, ……, Tjk), яка
переводити сітку з М в М/:

Тобто виникає послідовність безпосередньо доступних маркірувань

Таким чином, формально функціонування сіток представляється:

мовою сітки Петрі L(N) – множиною послідовностей спрацьовуючих
переходів;

множиною доступності R(N) – множиною маркірувань, доступних з початкової
маркірування.

Ці послідовності об’єднуються в рамках однієї моделі представлення
роботи сітки – графа доступності – орієнтованого графа, вершинами якого
являються маркірування з множини R(N), а дугами являються спрацьовуючі
переходи з L(N). Початковій маркировці відповідає коренева вершина
дерева, а дуги, відмічені переходами Tj, з’єднують вершини-маркировки,
що являються безпосередньо доступними при спрацюванні Tj. Дерево
доступності в загальному випадку може бути безкінечним з вершинами таких
типів:

внутрішнє маркірування, яке являється доступною з початкового
маркірування і не являється тупиковим;

тупикове маркірування, у якому не може спрацювати ні один перехід;

дублююче маркірування Мд, яке відповідає вже введеній у дерево
маркировці М=Мд (але якщо на шляху з початкового маркірування в Мд
зустрічається маркірування М, то Мд являється маркировкою-циклом);
накоплююче маркірування Мн, у відповідності з яким на шляху з
початкового маркірування існує інше маркірування М таке, що М?Мн.

Безкінечність дерева можлива тільки у випадку існування накоплюючих
маркірувань, породжуючих циклічне повторення однакових послідовностей
спрацьовуючих переходів.

Для того, щоб побудувати кінцеве дерево доступності і представити процес
безкінечного накоплення маркерів у позиціях сітки, уводитися позначення
у вигляді символу w, володіючого наступними властивостями:

w+a=w, w-a=w, a{0,1,2,…}.

Інгибіторні дуги можуть мати, t деяку кратність і спрямовані тільки від
позицій до переходів. Графічно вони представляються у виді зображеному
на рисунку 3:

Рис.3. Інгибіторна дуга.

Інгибіторні дуги накладають обмеження на умови порушення переходів. При
цьому перехід t вважається збудженим, якщо у вихідних позиціях
інгибіторної дуги знаходиться маркерів менше, ніж кратність дуги. Якщо
перехід спрацьовує, то в позиціях, з яких виходять інгибіторні дуги,
кількість фішок не змінюється.

Для інгибіторних мереж неможливе проведення матричного аналізу. Крім
того, при побудові дерева досяжності факт нагромадження встановлюється
не від нульового маркірування, а від одиничного.

Для опису реальних виробничих систем, у якості яких можуть виступити
гнучкі виробничі ділянки чи цехи, за допомогою апарату мереж Петрі
необхідно мати чіткий алгоритм моделювання, що дозволяє описати окремі
виробничі модулі і їхню взаємодію за допомогою уніфікованих методів.

В даний час усі подібні методи розділяються на два класи, у залежності
від використовуваного підходу до моделювання:

Агрегатний підхід заснований на моделюванні агрегатних станів елементів,
що утворюють виробничу систему. Алгоритм побудови мережі моделюючого
об’єкта при цьому підході має вид:

Визначається обліковий склад елементів ділянки (ГВМ, АТМ і пасивних
елементів АС). Для кожного ГВМ і АТМ будується модель станів з
послідовних дій і умов (причин і результатів) на даному об’єкті.

З моделей елементів будується композиційна модель, що відображає всі
припустимі стани системи Для визначення черговості подій у системі
вводяться кольорові фішки.

Типові мережі, що моделюють основні об’єкти виробничої системи на основі
агрегатного підходу, представлені на рисунку 4. Тут

Р1 – стан закінчення завантаження робочої позиції
верстата;

Р2 – стан закінчення обробки і чекання розвантаження;

Р3 – стан готовності ГВМ до обробки;

Р4 – стан готовності АТМ;

Р5 і Р6 – стан завантаження складу деталлю;

t1 – операція завантаження робочих позицій верстата;

t2 – операція обробки деталей на верстатах;

t3 – операція розвантаження готової продукції з
верстатів;

t1 t2 t3
t1 t3
t1 t3

. . . . . . . .

a
б в

Рис. 4. Представлення типових елементів у ГВС при агрегатному підході:

а) ГВМ; б) АТМ; в) АС

Процедурний підхід заснований на аналізі дій кожного елемента виробничої
системи. При цьому підході модель поведінки виробничого модуля
представляється як послідовність його операцій, кожна з який
представляється у виді елементарної підсітки (див.рис.5а). З таких
елементів “збираються” моделі всіх одиниць устаткування ГВД. Основні з
них представлені на рис.5. Варто вказати, що транспортний модуль може
бути зображений двома різними моделями в різних своїх станах – при
транспортуванні деталі і при холостому ході. Автоматизований склад може
бути представлений трьома різними способами в залежності від того,
являється він складом заготовок, готової продукції чи проміжним складом.

Позиції і переходи на рис.5 мають наступне змістовне значення:

Р1 – умова “деталь доставлена”;

Р2 – умова “деталь оброблена”;

Р3 – умова “ГВМ готовий до обробки деталі”;

Р4 – умова “ГВМ закінчив обробку деталі”;

Р5 – умова “деталь підготовлена до транспортування”;

Р6 – умова “деталь доставлена”;

Р7 – умова “АТМ готовий до транспортування”;

Р8 – умова “АТМ закінчив транспортування”;

t1 – процес обробки деталі;

t2 – процес транспортування деталі.

t1 t1
t1

a
б

t2
t2

в
г

д е
є

Рис.5. Представлення типових елементів ГВС при процедурному підході:

а) елементарна операція ГВМ; б) ГВМ, який обробляє дві різні деталі;

в) АТМ при транспортуванні деталі; г) АТМ при холостому ході;

д) АС готової продукції; е) АС заготовок; є) проміжний склад.

3. Рішення контрольної задачі

3.1 Складання розкладу роботи основного технологічного обладнання

Для складання розкладу роботи технологічного обладнання необхідно
визначити технологічний маршрут для кожної деталі, який включає в себе
порядок проходження її через технологічне обладнання і час її обробки на
одиниці обладнання. Порядок проходження деталей через технологічне
обладнання для нашої задачі визначається відповідно переліком операцій,
виконуваних над ними і схеми проходження деталей по виробничим модулям
(рис.1). На основі цих даних складемо матрицю розмірністю NxM, де N –
кількість всіх можливих операцій, а М – номенклатура оброблюваних
деталей. На перетині рядків і стовпців вказуємо номер ГВМ, на якому
виконується дана операція.

Д1

Д2

Д3

Д4

Д5

Д6

Д7

Т1

Т2

Т3

Т4

Т5

С1

С2

Ф1

Ф2

Ф3

Р2

Після перетворення матриці шляхом об’єднання в один етап обробки
операцій, які слідують одна за одною на одному ГВМ, одержимо матрицю
маршрутів:

Д1

Д2

Д3

Д4

Д5

Д6

Д7

Етап 1

Т2С2Т3

Т3

Т1

Т1С1

Т2Т3

Етап 2

Ф1Ф2

Т2Т3

С2Т3

Т3

Ф1Ф2

Етап 3

Т4

Ф1Ф2

Етап 4

Ф3Р2

Т4Т5

Т5

Т4

Ф3Р2

Час виконання кожної операції залежить від її складності (тобто самій
складній операції присвоюється значення 1, а самій легкій 0,1), яка
визначається типом операції і розмірами оброблюваної поверхні.

У відповідності зі складністю обробки розраховується час кожної операції
по формулі:

де n – загальна кількість деталеустановок, tоб – середній час обробки
однієї деталеустановки, Кслj – коефіцієнт складності j-ої деталі (Кслj
=?Кі – сума коефіцієнтів складностей операцій обробки j-ої деталі, Кі –
коефіцієнт складності і-ої операції), m – кількість деталей.

Складність виконання операцій та час кожної операції приведені в
таблиці 4.

Таблиця 4

Операція Тип операції

Оброблювана поверхня, %

Складність Час

Т1 Токарна 100 1 20,75

Т2 Токарна 90 0,9 16,81

Т3 Токарна 80 0,8 13,28

Т4 Токарна 70 0,7 10,17

Т5 Токарна 60 0,6 7,47

С1 Свердлильна 50 0,5 5,19

С2 Свердлильна 70 0,7 10,17

Ф1 Фрезерна 50 0,6 6,23

Ф2 Фрезерна 40 0,4 3,32

Ф3 Фрезерна 50 0,5 5,19

Р2 Різання 30 0,3 1,87

На основі одержаних значень складемо матрицю тривалості обробки деталей
на ГВМ:

Етап 1 Етап 2 Етап 3 Етап 4

Д1 40,26 9,55 * *

Д2 13,28 9,55 10,17 7,06

Д3 20,75 30,09 9,55 17,64

Д4 25,94 30,09 9,55 7,47

Д5 25,94 23,45 9,55 10,17

Д6 25,94 13,28 9,55 7,06

Д7 30,09

9,55

Маючи матрицю технологічних маршрутів і матрицю тривалості обробки,
можна скласти розклад роботи основного технологічного обладнання ГВД у
вигляді діаграми Ганта, вибравши необхідне правило переваги.

В якості критерію оптимальності одержаного розкладу приймемо критерій
мінімуму виробничого циклу, як дозволяю чого максимально збільшити
прибуток, одержуваний від роботи дільниці.

В якості правил переваги візьмемо:

правило мінімальної залишкової трудомісткості – альтернатива правилу 2;

правило найбільш довгої операції – альтернатива правилу 1;

правило LIFO – альтернатива правилу 6.

Для простих задач, коли кількість станків чи одиниць обладнання, на яких
здійснюється обробка деталей, менша трьох і обробка кожної деталі
відбувається послідовно на кожному станку, можливе використання для
складання розкладу роботи обладнання алгоритму Джонсона. Для цього
необхідно спростувати структуру ГВД так, щоб деталі проходили максимум
по трьох одиницях обладнання і мали однакові технологічні маршрути.

Але з аналізу графа розбивки ГВД на ГВМ, зображеного на рис.1, випливає,
що в результаті наявності обходу (Д6 не проходить обробку на ГВМ4, а
відразу поступає на ГВМ5) неможливо перетворити структуру ГВД так, щоб
деталі мали однакові технологічні маршрути і проходили максимум по
трьох ГВМ. Отже, в даному випадку неможливе використання алгоритму
Джонсона для складання розкладу роботи технологічного обладнання ГВД.

На рис.6-11 приведені результати розрахунків по вище вказаних правилах.
Відповідні тривалості виробничого циклу винесені в табл..5.

Таблиця 5

Правило переваги Тривалість виробничого циклу

Правило FIFO

210.96

Правило найкоротшої операції

239.34

Правило найдовшої операції

217.88

Правило максимальної залишкової трудоємності

243.66

Правило мінімальної залишкової трудоємності

202.23

Правило LIFO

378.06

Вибір найкращого розкладу виконуємо згідно критерію мінімізації часу
виробничого циклу. Таким чином, в якості робочого приймаємо розклад,
одержаний в результаті побудови діаграми Ганта по правилу мінімальної
залишкової трудоємності. (рис.10). Одержана тривалість виробничого циклу
складає 202,23 хвилин.

3.2 Розробка алгоритму транспортного обслуговування

При складанні алгоритму організації транспортного обслуговування ГВД в
якості критерію ефективності для вибору найкращого розкладу
транспортного обслуговування ГВД виступає критерій мінімізації
відхилення від термінів завершення виконання технологічних операцій у
відповідності з побудованим графіком роботи обладнання.

Для складання алгоритму організації транспортного обслуговування ГВД
необхідно визначити правила переваги. Використаємо такі з них:

Правило прив’язки АТМ до деталей: АТМ1 обслуговує Д7, Д1, Д4; АТМ2
обслуговує Д2, Д6; АТМ3 обслуговує Д5, Д3

Правило прив’язки АТМ до ГВМ: АТМ1 обслуговує ГВМ1, ГВМ5; АТМ2
обслуговує ГВМ2; АТМ3 обслуговує ГВМ3, ГВМ4

Правило найближчого вільного АТМ

На основі діаграми, одержаної в попередньому розділі, для кожного з цих
правил побудуємо розширену діаграму Ганта (рис.12-14), яка описує роботу
виробничої дільниці і розклад роботи транспортної підсистеми.
(табл..6-8).

Таблиця 6. Розклад транспортного обслуговування

при використанні правила прив’язки АТМ до деталей

(загальна тривалість процесу 229,72 хв.)

№ п/п Операція

Тривалість, хв.

АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д6 до ГВМ1 1,06

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д7 до ГВМ2 2,12

АТМ2 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д6 до ГВМ2 5,36

АТМ1 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д7 до ГВМ3 1,06

АТМ3 підійшов до АС і транспортує Д5 до ГВМ1 1,06

АТМ3 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д5 до ГВМ2 5,36

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д1 до ГВМ2 2,12

АТМ1 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д7 на АС 3,18

АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д2 до ГВМ2 2,12

АТМ2 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д2 до ГВМ3 1,06

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д4 до ГВМ1 1,06

АТМ2 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д2 до ГВМ4 1,06

АТМ2 підійшов до ГВМ4 і транспортує Д2 до ГВМ5 1,06

АТМ2 підійшов до ГВМ5 і транспортує Д2 на АС 1,06

АТМ1 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д4 до ГВМ2 5,36

АТМ3 підійшов до АС і транспортує Д3 до ГВМ1 1,06

АТМ1 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д1 до ГВМ3 3,18

АТМ1 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д1 на АС 3,18

АТМ2 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д6 до ГВМ3 1,06

АТМ3 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д3 до ГВМ2 5,36

АТМ2 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д6 до ГВМ5 2,12

АТМ2 підійшов до ГВМ5 і транспортує Д6 на АС 1,06

АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д5 до ГВМ3 1,06

АТМ3 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д5 до ГВМ4 1,06

АТМ3 підійшов до ГВМ4 і транспортує Д5 на АС 2,12

Таблиця 7. Розклад транспортного обслуговування

при використанні правила прив’язки АТМ до ГВМ

(загальна тривалість процесу 235,80 хв.)

№ п/п

25 Операція

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д6 до ГВМ1

АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д7 до ГВМ2

АТМ2 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д6 до ГВМ2

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д5 до ГВМ1

АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д7 до ГВМ3

АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д2 до ГВМ2

АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д1 до ГВМ2

АТМ3 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д7 на АС

АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д2 до ГВМ3

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д4 до ГВМ1

АТМ2 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д5 до ГВМ2

АТМ3 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д2 до ГВМ4

АТМ1 підійшов до ГВМ4 і транспортує Д2 до ГВМ5

АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д3 до ГВМ1

АТМ2 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д4 до ГВМ2

АТМ1 підійшов до ГВМ5 і транспортує Д2 на АС

АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д1 до ГВМ3

АТМ2 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д3 до ГВМ2

АТМ3 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д1 на АС

АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д6 до ГВМ3

АТМ1 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д6 до ГВМ5

АТМ1 підійшов до ГВМ5 і транспортує Д6 на АС

АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д5 до ГВМ3

АТМ3 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д5 до ГВМ4

АТМ3 підійшов до ГВМ4 і транспортує Д5 на АС Тривалість, хв

1,06

2,12

5,36

1,06

3,18

6,36

3,18

6,36

1,06

5,36

1,06

4,24

2,12

5,36

3,18

6,36

8,48

3,18

5,30

1,06

6,36

1,06

2,12

Таблиця 8. Розклад транспортного обслуговування

при використанні правила найближчого вільного АТМ

(загальна тривалість процесу 227,18 хв.)

№ п/п Операція Тривалість,

хв.

1 АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д6 до ГВМ1 1,06

2 АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д7 до ГВМ2 2,12

3 АТМ1 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д6 до ГВМ2 5,36

4 АТМ3 підійшов до АС і транспортує Д5 до ГВМ1 1,06

5 АТМ1 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д7 до ГВМ3 3,18

6 АТМ1 підійшов до АС і транспортує Д2 до ГВМ2 6,36

7 АТМ2 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д7 на АС 3,18

8 АТМ1 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д2 до ГВМ3 6,36

9 АТМ2 підійшов до АС і транспортує Д1 до ГВМ2 6,36

10 АТМ3 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д5 до ГВМ2 5,36

11 АТМ3 підійшов до АС і транспортує Д4 до ГВМ1 1,06

12 АТМ1 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д2 до ГВМ4 1,06

13 АТМ1 підійшов до ГВМ4 і транспортує Д2 до ГВМ5 4,24

14 АТМ3 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д4 до ГВМ2 5,36

15 АТМ3 підійшов до АС і транспортує Д3 до ГВМ1 2,12

16 АТМ1 підійшов до ГВМ5 і транспортує Д2 на АС 5,36

17 АТМ2 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д1 до ГВМ3 3,18

18 АТМ3 підійшов до ГВМ1 і транспортує Д3 до ГВМ2 6,36

19 АТМ2 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д1 на АС 8,48

20 АТМ1 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д6 до ГВМ3 3,18

21 АТМ1 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д6 до ГВМ5 5,30

22 АТМ1 підійшов до ГВМ5 і транспортує Д6 на АС 1,06

23 АТМ3 підійшов до ГВМ2 і транспортує Д5 до ГВМ3 6,36

24 АТМ3 підійшов до ГВМ3 і транспортує Д5 до ГВМ4 1,06

25 АТМ3 підійшов до ГВМ4 і транспортує Д5 на АС 2,12

Як видно з одержаних даних найбільш оптимальним є правило найближчого
вільного АТМ, оскільки воно дає найменшу тривалість виробничого циклу
(227,18 хв.).

Для оптимального розкладу роботи обладнання ГВД визначимо простої
одиниць обладнання, час чекання деталей в накоплювачах, а також локальні
резерви часу.

3.3 Побудова і аналіз сіткової моделі функціонування ГВД

На основі оптимального розкладу, сформованого в попередньому розділі,
побудуємо сіткову модель гнучкої виробничої ділянки з метою аналізу
властивостей і характеру процесів, протікаючих в ній. При побудові
будемо користуватися процедурним методом моделювання виробничих процесів
з допомогою апарату мереж Петрі, так як цей метод позволяє максимально
спростити процес побудови моделі і тим самим зменшити ймовірність
виникнення помилок в процесі моделювання.

Також процедурний підхід представляє ГВС у вигляді звичайної мережі
Петрі (рідше з інгібіторними дугами), в той час як агрегатний підхід
приводить до розфарбованої сітки Петрі, апарат дослідження якої набагато
складніший і гірше формалізуючий.

Повна мережа Петрі, відповідаюча розкладу роботи гнучкої виробничої
дільниці, діаграма якої показана на рис.12, представлена в додатку 1.
При цьому на ній можна чітко виділити підсітки, які відповідають
різним елементам виробничої ділянки.

Висновок

Передові технології світового рівня, уміле використання автоматизованих
систем значно підвищують технічний рівень сучасної системи управління
виробництвом.

Основним завданням даного курсового проекту є розробка правильного,
економічного і гнучкого розкладу роботи основного і транспортного
обладнання, де використовуються система управління виробничою дільницею
(ГАД).

При складанні розкладу враховуваоись:

критерії вибору у вигляді правил переваги;

критерії мінімуму виробничого циклу, що є критерієм оптимальності з
економічної точки зору.

Для одержання декількох варіантів розкладів основного і
транспортного обладнання проведено розрахунки по трудоміскості і часу
виконаних операцій.

На основі опису гнучкого автоматизованого виробництва як об`єкта
управління, використовуючи критерії мінімуму виробничого циклу, вибрано
найбільш оптимальний розклад при спільному застосуванні правил переваги
основного обладнання (правило мінімальної залишкової троудоміскості) та
правила використання найблищого вільного АТМ для транспортного
обладнання.

Так була розроблена підсистема оперативного планування ГАД та підсистема
оперативно-диспетчерного управління ГАД.

Про сукупність процесів ГАД та звязки між ними; а також детальний аналіз
роботи обладнання дає нам побудова мережі, яка допомагає виявити і
можливі помилки, недоліки.

Показники, одержані після виконаних розрахунків даної системи управління
ГАД, дають нам підстави вважати, що проект виконаноуспішно, система
повинна працювати ритмічно без виконнання критичних ситуацій.

Ефективне функціонування АСУ ГВС забезпечується внаслідок:

Здійснення системного підходу до використання автоматизованих систем і
модулів;

Правильного моделювання та аналізу виконаних розрахунків критеріїв;

Оперативно-технічної підготовки персоналу.

Визначення ефективності інтегрованої виробничої системи включає
не тільки оцінку рентабельності з врахуванням традиційних видів витрат,
а передбачає довгостроковий ефект.

Список використаної літератури

Ямпольський Л.С., Поліщук М.М., Ткач М.М. Елементи робото-технічних
пристроїв і модулі ГВС. – К.: Вища школа, 1992. – 432 с.

Ямпольський Л.С., Поліщук М.М. Оптимізація технологічних процесів в
гнучких виробничих системах. – К.: Техніка, 1988. – 175 с.

Ямпольский Л.С., Банашак З.І. и др.. Под ред.Л.С.Ямпольского. Управление
дискретными процессами в ГПС. – К.: Техніка, 1992.

Макаров М.П. Робототехника и ГАП. Книга 5. Моделирование роботехнических
систем и ГАП.

Питерсон Дж. Теорія сети Петри и моделирование систем.

Яхимович В.А. Транспортно-загрузочные и сборочные устройства и автоматы.
– К.: Техника, 1974.-144 с.

Маликов О.Б. Склады гибких автоматических производств. – Л.:
Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. – 187 с.

Лебедовский М.С., Вейц В.А., Федотов А.И. Научные основы автоматической
сборки. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985. – 316 с.

PAGE

PAGE 2

ГВМ 5

ГВМ 4

ГВМ 3

ГВМ 2

ГВМ 1

ГВМ1

ГВМ2

АТМ2

ГВМ3

АТМ3

АС

АТМ1

ГВМ5

ГВМ4

Р6

Р5

Р2

Р1

Р4

Р3

Р4

Р3

Р4

Р2

Р1

Р2

Р1

Р2

Р1

Р8

Р7

Р8

Р6

Р5

Р7

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Розробка гнучкого розкладу роботи обладнання, де використовуються
система управління виробничою дільницею (ГАД).

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter